JP2017115204A - Aluminum-based porous body and manufacturing method therefor - Google Patents

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知美 内山
Tomomi Uchiyama
知美 内山
雄大 下山
Yudai Shimoyama
雄大 下山
茂晴 有家
Shigeharu Ariga
茂晴 有家
圭太 曽根
Keita Sone
圭太 曽根
晨綱 王
Chengang Wang
晨綱 王
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aluminum-based porous body suppressing aggregation of molten aluminum or molten aluminum alloy and low in pressure loss of a fluid which flows in a porous body.SOLUTION: There is provided three-dimensional network structure having a three-dimensionally connected skeleton and a pores three-dimensionally communicated by the skeleton, wherein the skeleton consists of aluminum or an aluminum alloy, size of an almost spherical metal lump consisting of the molten aluminum or the molten aluminum alloy blocking communication holes of the structure is 4.0 mm or less in long diameter and porosity is 95% or more.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、三次元状に連結する骨格を有し、前記骨格により三次元状に連通する連通孔が形成される三次元網目状構造を有する金属多孔質体に関する。   The present invention relates to a porous metal body having a three-dimensional network structure having a skeleton that is three-dimensionally connected and having communication holes that communicate with each other in a three-dimensional manner.

三次元状に連結する骨格を有し、その骨格により三次元状に連通孔が形成される三次元網目構造を有する金属多孔質体は、連通孔を有する発泡樹脂骨格表面を導電化処理して電気メッキした後、加熱して樹脂を分解除去する方法(特許文献1)、連通孔を有する発泡樹脂に有機高分子結合剤と金属微小体との混練物を浸漬、スプレー等して塗着した後、加熱して樹脂を分解除去するとともに金属微小体を焼結する方法(特許文献2〜4)、連通孔を有する発泡樹脂の骨格表面に粘着性を付与して粉体を付着させた後、加熱して樹脂を分解除去するとともに粉体を焼結する方法(特許文献5)により製造される。   A metal porous body having a three-dimensional network structure having a three-dimensionally connected skeleton and three-dimensional communication holes formed by the skeleton is obtained by conducting a conductive treatment on the surface of the foamed resin skeleton having the communication holes. After electroplating, the resin is decomposed and removed by heating (Patent Document 1), and a kneaded product of an organic polymer binder and metal fine bodies is applied to a foamed resin having communication holes by dipping or spraying. After heating, the resin is decomposed and removed, and the metal micro-sinter is sintered (Patent Documents 2 to 4), after the adhesion of the powder to the skeleton surface of the foamed resin having the communicating holes It is manufactured by a method (Patent Document 5) in which the resin is decomposed and removed by heating and the powder is sintered.

このような三次元網目状構造を有する金属多孔質体は、流体との接触面積が大きいことから、熱交換器の熱交換部品への適用が検討されている(特許文献6)。熱交換器は、温度の高い物体から低い物体へ効率的に熱を移動させて加熱および冷却の用途に用いられる機器であり、一般に、熱交換の媒体として液体または気体等の流体を用いて流体に熱を与える(加熱)もしくは流体から熱を奪う(冷却)ことで加熱または冷却を行う。このような熱交換器においては、熱伝導率の高い金属材料で構成されたフィン等を設けるなどして流体との接触面積を増加させて、熱交換の効率を高めているが、フィン等に替えて熱伝導率の高い金属材料で構成された三次元網目状構造を有する多孔質体を用い、その連通する連通孔に流体を通過させれば、熱伝導率の高い金属材料と流体との接触面積をさらに大きくできるため、熱交換の効率がさらに大きくなるものと考えられる。   Since the metal porous body having such a three-dimensional network structure has a large contact area with a fluid, application to a heat exchange part of a heat exchanger has been studied (Patent Document 6). A heat exchanger is a device used for heating and cooling applications by efficiently transferring heat from a high-temperature object to a low-temperature object, and generally uses a fluid such as a liquid or a gas as a heat exchange medium. Heating or cooling is performed by applying heat to the fluid (heating) or removing heat from the fluid (cooling). In such a heat exchanger, a fin made of a metal material having high thermal conductivity is provided to increase the contact area with the fluid to increase the efficiency of heat exchange. Instead, if a porous body having a three-dimensional network structure composed of a metal material with high thermal conductivity is used and fluid is passed through the communicating holes, the metal material with high thermal conductivity and the fluid Since the contact area can be further increased, the efficiency of heat exchange is considered to be further increased.

特開昭57−174484号公報JP-A-57-174484 特公昭61−053417号公報Japanese Patent Publication No. 61-053417 特開平08−020831号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-020831 国際公開公報2015/046623号公報International Publication No. 2015/046623 特開平06−235033号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-235033 特公平06−089376号公報Japanese Patent Publication No. 06-089376

アルミニウム粉末は表面に強固な酸化被膜(アルミナ:Al23)を有している。そのため、特許文献2のように、連通孔を有する発泡樹脂に有機高分子結合剤とアルミニウム粉末との混練物を浸漬あるいはスプレー等して塗着した後、水素気流中520℃にて2時間加熱して樹脂を分解除去するとともに金属微粉体を焼結する方法においては、アルミニウム粉末のごく一部で結合するに過ぎず、脆く、強度が極めて低いものしか製造することができない。 The aluminum powder has a strong oxide film (alumina: Al 2 O 3 ) on the surface. Therefore, as described in Patent Document 2, a kneaded product of an organic polymer binder and aluminum powder is applied to a foamed resin having communication holes by dipping or spraying, and then heated in a hydrogen stream at 520 ° C. for 2 hours. In the method of decomposing and removing the resin and sintering the metal fine powder, only a small part of the aluminum powder is bonded, and only the brittle and extremely low strength can be produced.

また特許文献4のように、連通孔を有する発泡樹脂に有機高分子結合剤とアルミニウムまたはアルミニウム合金粉末との混練物を浸漬あるいはスプレー等して塗着した後、アルミニウムまたはアルミニウム合金粉末の融点以上に加熱する方法では、粉末の塗着量が多い場合、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が凝集し、骨格上に球状の金属塊が不均一に生成する。その結果、流体が多孔質体内を流れる際の圧力損失が大きくなってしまう。   Further, as in Patent Document 4, after a kneaded product of an organic polymer binder and aluminum or aluminum alloy powder is applied to a foamed resin having communication holes by dipping or spraying, the melting point of the aluminum or aluminum alloy powder is exceeded. In the heating method, when the amount of powder applied is large, molten aluminum or molten aluminum alloy aggregates, and a spherical metal lump is generated non-uniformly on the skeleton. As a result, the pressure loss when the fluid flows through the porous body is increased.

したがって、本発明は、焼結時における球状の金属塊の形成を抑制し、多孔質体内を流れる流体の圧力損失を低減可能なアルミニウム系多孔質体を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an aluminum-based porous body that can suppress the formation of a spherical metal lump during sintering and reduce the pressure loss of a fluid flowing in the porous body.

発明者らは、圧力損失の悪化に寄与する“金属塊の形成”について以下のように推察している。アルミニウム粉末(またはアルミニウム合金粉末)を融点以上に加熱すると、粉末の内部で溶融したアルミニウムが酸化被膜を破って粉末表面に濡れ始める。しかしながら、溶融したアルミニウムは酸化被膜との濡れ性が悪いため、余剰となる溶融アルミニウムが粉末表面で凝集し、冷却時に凝固することで金属塊として形成する。この不均一に形成する金属塊は、球状の凝集体のような形で存在しており、溶融したアルミニウムと酸化被膜の濡れ性の悪さ、溶融時の表面張力の高さを示唆するものである。   The inventors speculate as follows about "formation of a metal lump" that contributes to deterioration of pressure loss. When the aluminum powder (or aluminum alloy powder) is heated above its melting point, the aluminum melted inside the powder breaks the oxide film and begins to wet the powder surface. However, since molten aluminum has poor wettability with the oxide film, excess molten aluminum aggregates on the powder surface and solidifies upon cooling to form a metal lump. This unevenly formed metal lump exists in the form of a spherical aggregate, suggesting poor wettability between molten aluminum and oxide film, and high surface tension during melting. .

上記仮説を基に発明者らが検討を重ねたところ、無機塩を用いてアルミニウム粉末(またはアルミニウム合金粉末)表面を陰イオンで被覆し、かつ単位面積あたりのアルミニウム粉末(またはアルミニウム合金粉末)の付着量を特定量とすることで金属塊の生成を抑制することが出来ることを見出した。さらに金属塊と気孔率および圧力損失の関係について精査したところ、金属塊の長径を特定の大きさ以下とするとともに、特定の気孔率とした多孔質体は、圧力損失が小さくなることを見出し、本発明を完成するに至った。なお、本明細書にて述べる「金属塊」とは、三次元状に連結する骨格とは、明らかに異なる塊状(だま状)のものであり、何れかの方向から視認した際に、三次元状に連結する骨格とは異なり面状の広がりを有するものを意味する。   Based on the above hypothesis, the inventors have repeatedly studied that the surface of the aluminum powder (or aluminum alloy powder) is coated with an anion using an inorganic salt, and the aluminum powder (or aluminum alloy powder) per unit area is coated. It has been found that the formation of metal lumps can be suppressed by setting the adhesion amount to a specific amount. Furthermore, when examining the relationship between the metal mass and the porosity and pressure loss, the major axis of the metal mass was set to a specific size or less, and the porous body having a specific porosity was found to reduce the pressure loss, The present invention has been completed. The “metal lump” described in this specification is a lump shape that is clearly different from the three-dimensionally connected skeleton, and is three-dimensional when viewed from either direction. Unlike a skeleton that is connected in a shape, it means one having a planar spread.

本発明はこれらの知見によるものであり、本発明のアルミニウム系多孔質体は、具体的に、三次元状に連結する骨格を有するとともに前記骨格により三次元状に連通する気孔を有し、前記骨格が、酸化アルミニウムが内部に分散したアルミニウムもしくはアルミニウム合金から成る三次元網目状構造体において、前記骨格上に形成される金属塊の大きさが、長径4mm以下であって、かつ気孔率が95%以上であることを特徴とする。   The present invention is based on these findings, and the aluminum-based porous body of the present invention specifically has a skeleton that is three-dimensionally connected and has pores that are three-dimensionally communicated by the skeleton, In a three-dimensional network structure made of aluminum or aluminum alloy in which aluminum oxide is dispersed inside, the size of the metal block formed on the skeleton is 4 mm or less in the major axis and the porosity is 95. % Or more.

本発明のアルミニウム系多孔質体においては、長径1mm以上4mm以下の金属の個数が、前記アルミニウム系多孔質体の表面100cm2あたり5個以下であることが好ましい。 In the aluminum-based porous body of the present invention, the number of metals having a major axis of 1 mm or more and 4 mm or less is preferably 5 or less per 100 cm 2 of the surface of the aluminum-based porous body.

また、本発明のアルミニウム系多孔質体の製造方法は、連通孔発泡樹脂フォームを基体とし、有機高分子結合剤をおよび無機塩を添加した分散媒中にアルミニウムまたはアルミニウム合金粉末を分散させた分散液を前記基体に浸漬またはスプレー等して塗布する塗布工程、および塗布後の基体をアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の融点以上に加熱して、基体を分解除去するとともにアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を溶融する加熱工程を有し、前記加熱工程において用いる塗布後の基体として、発泡樹脂フォームの見掛け体積1L(1000cm3)に対するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量を20g/L以上、65g/L以下を用いるものである。 Also, the method for producing an aluminum-based porous body of the present invention is a dispersion in which aluminum or aluminum alloy powder is dispersed in a dispersion medium using a continuous pore foamed resin foam as a base, an organic polymer binder, and an inorganic salt. Applying the liquid by immersing or spraying the substrate on the substrate, and heating the substrate after application to the melting point of the aluminum powder or aluminum alloy powder to decompose and remove the substrate and melt the aluminum powder or aluminum alloy powder As a substrate after coating used in the heating step, the adhesion amount of the aluminum powder or the aluminum alloy powder to the apparent volume of 1 L (1000 cm 3 ) of the foamed resin foam is 20 g / L or more and 65 g / L or less. It is what is used.

本発明のアルミニウム系多孔質体の製造方法においては、前記塗布工程により得られた塗布後の基体の発泡樹脂フォームの見掛け体積1Lに対するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量を20g/L以上、65g/L以下とする絞り工程を有し、絞り工程を経た塗布後の基体を用いて前記加熱工程を行う。   In the method for producing an aluminum-based porous body of the present invention, the adhesion amount of aluminum powder or aluminum alloy powder to an apparent volume of 1 L of the foamed resin foam of the base after coating obtained by the coating step is 20 g / L or more and 65 g. The heating step is performed using a substrate after coating having a drawing step of / L or less.

本発明のアルミニウム多孔質体によれば、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が凝集することを抑制することができるため、多孔質体内を流れる流体の圧力損失が低いアルミニウム系多孔質体を提供することができる。また、本発明のアルミニウム多孔質体の製造方法は、上記のアルミニウム多孔質体を容易に製造することができる。   According to the aluminum porous body of the present invention, it is possible to suppress agglomeration of molten aluminum or a molten aluminum alloy, and therefore, it is possible to provide an aluminum-based porous body having a low pressure loss of a fluid flowing in the porous body. it can. Moreover, the manufacturing method of the aluminum porous body of this invention can manufacture said aluminum porous body easily.

本発明の第1の実施例におけるアルミニウム多孔質体の外観を示す図面代用写真であり、(a)が本発明の実施例である試料番号2の外観を示す図面代用写真、(b)が本発明の比較例である試料番号5の図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph which shows the external appearance of the aluminum porous body in 1st Example of this invention, (a) is a drawing substitute photograph which shows the external appearance of the sample number 2 which is an Example of this invention, (b) is this It is a drawing substitute photograph of the sample number 5 which is a comparative example of invention.

以下、本発明のアルミニウム多孔質体および該アルミニウム多孔質体の製造方法を説明する。   Hereinafter, the aluminum porous body of this invention and the manufacturing method of this aluminum porous body are demonstrated.

[アルミニウム多孔質体]
本発明のアルミニウム多孔質体は、三次元状に連結する骨格を有し、その骨格により三次元状に連通孔が形成される三次元網目構造を有する三次元網目状構造を有する。このような三次元網目状構造のアルミニウム多孔質体は、後述する製造方法に起因して、骨格上に金属塊が形成されやすい。この金属塊は、余剰の溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金が凝集して骨格上に形成されるものであり、表面張力により球状に形成される。このような金属塊が粗大に形成されたり、多量に形成されると、連通孔を通過する流体の流れを阻害したり、場合によっては連通孔を閉塞して、連通孔を通過する流体の圧力損失が大きくなる。
[Aluminum porous body]
The aluminum porous body of the present invention has a three-dimensional network structure having a three-dimensional network structure having a three-dimensionally connected skeleton and a three-dimensional communication hole formed by the skeleton. In such an aluminum porous body having a three-dimensional network structure, a metal lump is easily formed on the skeleton due to a manufacturing method described later. This metal lump is formed on the skeleton by agglomeration of excess molten aluminum or aluminum alloy, and is formed into a spherical shape by surface tension. When such a metal lump is formed coarsely or in a large amount, the pressure of the fluid passing through the communication hole may be blocked by obstructing the flow of the fluid passing through the communication hole or depending on the case. Loss increases.

しかしながら、このような骨格上に形成される金属塊の大きさを長径で4mm以下とすると、連通孔を通過する流体の圧力損失を低減することができる。このことから本発明のアルミニウム多孔質体は、骨格上に形成される金属塊の大きさを長径で4mm以下とする。また、長径で4mm以下の金属塊であっても、長径で1mm以上の金属塊の個数は少ないほど好ましく、長径が1mm以上4mm以下の金属塊の個数を、アルミニウム多孔質体の表面を観察したときに、アルミニウム多孔質体の表面100cm2あたり5個以下とすることが好ましい。 However, if the size of the metal block formed on such a skeleton is 4 mm or less in the major axis, the pressure loss of the fluid passing through the communication hole can be reduced. Therefore, in the porous aluminum body of the present invention, the size of the metal lump formed on the skeleton is 4 mm or less in the major axis. Further, even if the metal block has a long diameter of 4 mm or less, the number of metal blocks having a long diameter of 1 mm or more is preferably as small as possible. The number of metal blocks having a long diameter of 1 mm or more and 4 mm or less was observed on the surface of the aluminum porous body. Sometimes, it is preferably 5 or less per 100 cm 2 of the surface of the aluminum porous body.

アルミニウム多孔質体の気孔率を95%以上とすることで、連通孔を流れる流体の圧力損失を低減することができる。その一方で、気孔率が98%を超えると骨格の量が少なくなって、アルミニウム多孔質体の強度が低下することとなる。このためアルミニウム多孔質体の気孔率は98%以下とすることが好ましい。なお、気孔率は日本工業規格(JIS)のZ2501に規定された方法により測定することができる。   By setting the porosity of the aluminum porous body to 95% or more, the pressure loss of the fluid flowing through the communication holes can be reduced. On the other hand, when the porosity exceeds 98%, the amount of the skeleton is reduced and the strength of the aluminum porous body is lowered. Therefore, the porosity of the aluminum porous body is preferably 98% or less. The porosity can be measured by the method defined in Japanese Industrial Standard (JIS) Z2501.

[アルミニウム多孔質体の製造方法]
(連通孔発泡樹脂フォーム)
本実施形態において、連通孔発泡樹脂フォームとしては、三次元状に連結する骨格を有し、その骨格により三次元状に連結する気孔が形成される三次元網目状構造体を用いる。この連通孔発泡樹脂フォームは骨格表面にアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を付着させて担持するものであり、加熱されて分解、消失する。具体的には、ポリウレタンフォームが最も一般的に用いられるが、他にシリコーン樹脂、ポリエステル樹脂のフォーム等を用いることができる。
[Method for producing porous aluminum body]
(Communication hole foamed resin foam)
In the present embodiment, a three-dimensional network structure having a skeleton that is three-dimensionally connected and three-dimensionally connected pores is used as the communicating pore foamed resin foam. This open-pore foamed resin foam is one in which aluminum powder or aluminum alloy powder is deposited and supported on the surface of the skeleton, and decomposes and disappears when heated. Specifically, polyurethane foam is most commonly used, but silicone resin and polyester resin foams can also be used.

(アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末)
本実施形態において、連通孔発泡樹脂フォームに付着させる粉末は、熱伝導率が高いアルミニウム粉末を用いるが、アルミニウム粉末に替えて、アルミニウムを強化する成分を予め合金化したアルミニウム合金粉末を用いてもよい。たとえば、Al(アルミニウム)にCu(銅)、Mn(マンガン)、Mg(マグネシウム)、Si(ケイ素)等の合金化元素を予合金化したアルミニウム合金粉末を用いた場合は、アルミニウム系多孔質体の骨格がアルミニウム合金で形成され、アルミニウム系多孔質体の強度を向上させることができる。AlにCu、Mn、Mg、Si等の合金化元素を添加することにより、熱伝導率はAl単体の場合よりも低下するが、ベース金属がAlであるため、充分に高い熱伝導率を維持することができる。アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は、一般的なもの、すなわち表面に10Å程度の酸化被膜(アルミナ:Al23)を有するものを用いる。また、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
(Aluminum powder or aluminum alloy powder)
In the present embodiment, aluminum powder having high thermal conductivity is used as the powder to be attached to the communication hole foamed resin foam. However, instead of aluminum powder, aluminum alloy powder obtained by previously alloying a component that strengthens aluminum may be used. Good. For example, when aluminum alloy powder in which alloying elements such as Cu (copper), Mn (manganese), Mg (magnesium) and Si (silicon) are prealloyed is used for Al (aluminum), an aluminum-based porous body The skeleton is formed of an aluminum alloy, and the strength of the aluminum-based porous body can be improved. By adding alloying elements such as Cu, Mn, Mg, and Si to Al, the thermal conductivity is lower than that of Al alone, but the base metal is Al, so it maintains a sufficiently high thermal conductivity. can do. As the aluminum powder or aluminum alloy powder, a general one, that is, a powder having an oxide film (alumina: Al 2 O 3 ) of about 10 mm on the surface is used. Moreover, any one kind of aluminum powder or aluminum alloy powder may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.

本実施形態において、連通孔発泡樹脂フォーム骨格に付着させるアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は、連通孔発泡樹脂フォームの骨格表面に密に付着できることから微細なものが好ましい。粉末が大きくなると連通孔発泡樹脂フォームの骨格表面に密に付着させることが難しくなるとともに、粉末の質量が増加することにより、連通孔発泡樹脂フォームの骨格表面に付着し難くなったり、脱落し易くなったりする。この観点からアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は、平均粒径が50μm以下のものを用いることが好ましい。さらに、平均粒径が50μm以下であるとともに、粒径が100μmを超える粉末を含まないものであることが好ましい。ただし、アルミニウムは活性な金属であるため、あまりに微細な粉末は取扱いが難しくなる。この観点からアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は、平均粒径が1μm以上のものを用いることが好ましい。本発明の平均粒径は、メジアン径(D50)すなわち累積分布50体積%の時の粒径であり、日本工業規格(JIS)の8825に規定されたレーザー回折法により測定することができる。 In the present embodiment, the aluminum powder or aluminum alloy powder attached to the open pored foam resin foam skeleton is preferably fine because it can be closely attached to the skeleton surface of the open pored foam resin foam. When the powder becomes large, it becomes difficult to adhere closely to the skeleton surface of the continuous pore foamed resin foam, and due to the increase in the mass of the powder, it becomes difficult to adhere to the skeleton surface of the continuous pore foamed resin foam or easily falls off. It becomes. From this viewpoint, it is preferable to use an aluminum powder or an aluminum alloy powder having an average particle diameter of 50 μm or less. Furthermore, it is preferable that the average particle size is 50 μm or less and does not contain powder having a particle size exceeding 100 μm. However, since aluminum is an active metal, too fine powder is difficult to handle. From this viewpoint, it is preferable to use an aluminum powder or an aluminum alloy powder having an average particle diameter of 1 μm or more. The average particle diameter of the present invention is a median diameter (D 50 ), that is, a particle diameter at a cumulative distribution of 50% by volume, and can be measured by a laser diffraction method defined in Japanese Industrial Standard (JIS) 8825.

(分散液)
本実施形態において、連通孔発泡樹脂フォーム骨格を浸漬する分散液は、分散媒中にアルミニウムまたはアルミニウム合金粉末を分散させたものを用いる。分散媒としては、アルコールなどの有機溶媒または水を溶媒とし、これに結着剤等の有機高分子結合剤および無機塩を溶解した液を用いる。この場合、粉末が沈降しないよう分散媒に分散剤を添加してもよい。また、分散媒としては、フェノール樹脂等の高分子有機物の溶液を用いてもよい。
(Dispersion)
In the present embodiment, the dispersion liquid in which the continuous pore foamed resin foam skeleton is immersed uses a dispersion medium in which aluminum or aluminum alloy powder is dispersed. As the dispersion medium, a liquid in which an organic solvent such as alcohol or water is used as a solvent and an organic polymer binder such as a binder and an inorganic salt are dissolved therein is used. In this case, a dispersant may be added to the dispersion medium so that the powder does not settle. Moreover, as a dispersion medium, you may use the solution of high molecular organic substances, such as a phenol resin.

無機塩としては、例えばりん酸塩、クロム酸塩、硫酸塩などを用いることができる。アルミニウムまたはアルミニウム合金粉末の表面は酸化被膜で覆われているが、これらの塩に含まれる陰イオンは、アルミニウムまたはアルミニウム合金粉末表面の酸化被膜に吸着する。このようにして、陰イオンが粉末表面を被覆することで、金属塊の生成を抑制することが出来る。また、イオン種を変えることにより、分散液の粘度を変えることが出来る。粘度を調整することにより、精度よくアルミニウム粉末の付着量を制御できるため製造上も好ましい。   As the inorganic salt, for example, phosphate, chromate, sulfate and the like can be used. The surface of the aluminum or aluminum alloy powder is covered with an oxide film, but the anion contained in these salts is adsorbed on the oxide film on the surface of the aluminum or aluminum alloy powder. Thus, the production | generation of a metal lump can be suppressed because an anion coat | covers the powder surface. Also, the viscosity of the dispersion can be changed by changing the ionic species. By adjusting the viscosity, the adhesion amount of the aluminum powder can be accurately controlled, which is preferable in production.

分散媒として水を用いる場合、前記無機塩だけでなく、使用する無機塩に応じた酸または塩基を添加し、pHを6〜8にすることが好ましい。これはアルミニウムの腐食を抑制するためである。アルミニウムは水に触れると、アルミニウムイオンとなって水中に溶解する。この溶解反応が腐食である。腐食速度は、酸性および塩基性水溶液中では速いが、中性水溶液中では比較的遅い。粉末表面を被覆する陰イオンを提供するための無機塩と、所望のpHを得るための酸または塩基の組み合わせとしては、例えば無機塩としてりん酸塩、塩基として水酸化ナトリウムを用いたものが挙げられる。   When water is used as a dispersion medium, it is preferable to add an acid or a base corresponding to the inorganic salt used in addition to the inorganic salt to adjust the pH to 6-8. This is to suppress aluminum corrosion. When aluminum touches water, it becomes aluminum ions and dissolves in water. This dissolution reaction is corrosion. The corrosion rate is fast in acidic and basic aqueous solutions, but relatively slow in neutral aqueous solutions. Examples of the combination of an inorganic salt for providing an anion for coating the powder surface and an acid or base for obtaining a desired pH include those using phosphate as an inorganic salt and sodium hydroxide as a base. It is done.

無機塩の添加量は分散媒に対し、0.001質量%以上、10質量%以下とすると好ましい。さらに、0.01質量%以上、2質量%以下とすると好ましい。0.001質量%未満では、アルミニウムまたはアルミニウム合金粉末表面の酸化被膜を覆いきれず、また10%を超えると、後の焼結工程において、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が混ざり合い結合する反応を阻害する。
(付着工程)
The addition amount of the inorganic salt is preferably 0.001% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the dispersion medium. Furthermore, it is preferable to set it as 0.01 mass% or more and 2 mass% or less. If it is less than 0.001% by mass, the oxide film on the surface of the aluminum or aluminum alloy powder cannot be covered, and if it exceeds 10%, the reaction in which molten aluminum or molten aluminum alloy is mixed and bonded in the subsequent sintering process is inhibited. To do.
(Adhesion process)

本実施形態において、付着工程は、連通孔発泡樹脂フォームに、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を分散させた分散液を付着する工程である。   In the present embodiment, the attaching step is a step of attaching a dispersion in which aluminum powder or aluminum alloy powder is dispersed to the open pored resin foam.

このとき、分散液の粘度により基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を制御することができる。すなわち、分散液の粘度が高ければ、基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の量が多くなり、逆に、分散液の粘度が低ければ、基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の量が少なくなる。   At this time, the aluminum powder or aluminum alloy powder adhering to the surface of the resin skeleton of the substrate can be controlled by the viscosity of the dispersion. That is, when the viscosity of the dispersion liquid is high, the amount of aluminum powder or aluminum alloy powder adhering to the surface of the substrate resin skeleton increases, and conversely, if the dispersion liquid is low, it adheres to the surface of the substrate resin skeleton. The amount of aluminum powder or aluminum alloy powder to be reduced is reduced.

(付着量)
付着工程において、基体の樹脂骨格の見掛け体積1L(1000cm3)に対するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量は、20g/L以上65g/L以下とする。付着量をこの範囲とすることで、上記の骨格上に形成される金属塊の大きさを長径で4mm以下としたアルミニウム多孔質体を製造することができる。なお、見掛け体積は、気孔を含む連通孔発泡樹脂フォームの体積であり、例えば、連通孔発泡樹脂フォームの形状が直方体の場合、直方体の幅、長さ、厚さを乗じた直方体の体積である。上記のアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量は、アルミニウム多孔質体の単位体積あたりの付着量であり、単位体積は、連通孔発泡樹脂フォームの見掛けの体積1000cm3である。
(Amount of adhesion)
In the adhesion step, the adhesion amount of the aluminum powder or the aluminum alloy powder with respect to the apparent volume 1 L (1000 cm 3 ) of the resin skeleton of the substrate is 20 g / L or more and 65 g / L or less. By setting the adhesion amount within this range, it is possible to produce an aluminum porous body in which the size of the metal lump formed on the skeleton is 4 mm or less in major axis. The apparent volume is the volume of the open-hole foamed resin foam including pores. For example, when the shape of the open-hole foamed resin foam is a rectangular parallelepiped, it is the volume of the rectangular parallelepiped multiplied by the width, length, and thickness of the rectangular parallelepiped. . The adhesion amount of the aluminum powder or the aluminum alloy powder is an adhesion amount per unit volume of the aluminum porous body, and the unit volume is an apparent volume of 1000 cm 3 of the continuous pore foamed resin foam.

すなわち、骨格上に形成される金属塊は、後述する加熱工程において、溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金が粉末表面で凝集することで骨格上に形成される球状の塊である。一般にアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は、粉末表面に強固な酸化被膜を有していることが知られている。このようなアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を塗布して付着させた基体をアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の融点以上に加熱すると、粉末の内部で溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金が酸化被膜を破って粉末表面に濡れて覆うとともに、溶融アルミニウムまたはアルミニウム合金は混ざり合う。しかしながら、アルミニウムまたはアルミニウム合金は酸化被膜との濡れ性が悪いため、粉末どうしの結合を行うために必要な溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金より余剰となる溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金は、粉末表面で凝集することとなり、この凝集体が冷却時に凝固して金属塊として不均一に形成される。この溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金の凝集体は、表面張力により球状となるため、骨格上に球状の金属塊が形成されることとなる。   That is, the metal lump formed on the skeleton is a spherical lump formed on the skeleton by agglomeration of molten aluminum or aluminum alloy on the powder surface in a heating step described later. Generally, aluminum powder or aluminum alloy powder is known to have a strong oxide film on the powder surface. When a substrate coated with such aluminum powder or aluminum alloy powder is heated to a temperature higher than the melting point of the aluminum powder or aluminum alloy powder, the aluminum or aluminum alloy melted inside the powder breaks the oxide film on the powder surface. As it wets and covers, the molten aluminum or aluminum alloy mixes. However, since aluminum or an aluminum alloy has poor wettability with an oxide film, the molten aluminum or molten aluminum alloy that is in excess of the molten aluminum or molten aluminum alloy necessary for bonding powders agglomerates on the powder surface. As a result, the aggregate is solidified upon cooling and is formed unevenly as a metal lump. Since the aggregate of molten aluminum or molten aluminum alloy becomes spherical due to surface tension, a spherical metal lump is formed on the skeleton.

このような金属塊を低減するためには、基体に付着させるアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の量を、骨格形成、すなわち粉末どうしの結合を行うために必要な量として、余剰のアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を低減することにより行うことができる。この観点から基体の樹脂骨格の体積1Lに対するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量を上記の範囲とすることで、余剰のアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を低減して、金属塊の形成を抑制するとともに、金属塊の大きさを長径で4mm以下とすることができる。   In order to reduce such metal lumps, the amount of aluminum powder or aluminum alloy powder to be adhered to the substrate is set as the amount necessary for skeleton formation, that is, bonding between the powders. This can be done by reducing the powder. From this point of view, by setting the adhesion amount of the aluminum powder or aluminum alloy powder to the volume of 1 L of the resin skeleton of the base within the above range, the surplus aluminum powder or aluminum alloy powder is reduced, and the formation of the metal lump is suppressed. The size of the metal lump can be 4 mm or less in the major axis.

基体の樹脂骨格の体積1Lに対するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量は、20g/L未満ではアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末のごく一部で結合するに過ぎず、十分な強度を得られない。一方65g/Lを超えると、球状の金属塊を生成し易くなる。アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末液の付着量は、分散液の粘度および後述する絞り工程により調整することができる。   If the adhesion amount of the aluminum powder or aluminum alloy powder with respect to 1 L of the resin skeleton volume of the substrate is less than 20 g / L, only a small part of the aluminum powder or aluminum alloy powder is bonded, and sufficient strength cannot be obtained. On the other hand, when it exceeds 65 g / L, it becomes easy to produce | generate a spherical metal lump. The adhesion amount of the aluminum powder or the aluminum alloy powder liquid can be adjusted by the viscosity of the dispersion liquid and the drawing step described later.

ここでアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末液の付着量は以下のように算出することができる。分散液を付着する前に、使用する樹脂骨格の質量を測り、体積を算出する。分散液付着後に(樹脂骨格+分散液)の質量を測る。この結果から、付着した分散液の質量を求め、分散媒とアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の比重から、樹脂骨格に付着したアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の質量を算出する。その結果から、樹脂骨格の体積1Lに付着したアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量を算出できる。   Here, the adhesion amount of the aluminum powder or the aluminum alloy powder liquid can be calculated as follows. Before adhering the dispersion, the mass of the resin skeleton used is measured and the volume is calculated. After the dispersion is adhered, the mass of (resin skeleton + dispersion) is measured. From this result, the mass of the adhering dispersion is obtained, and the mass of the aluminum powder or aluminum alloy powder adhering to the resin skeleton is calculated from the specific gravity of the dispersion medium and the aluminum powder or aluminum alloy powder. From the result, the adhesion amount of the aluminum powder or the aluminum alloy powder adhered to the volume 1 L of the resin skeleton can be calculated.

(絞り工程)
付着量は、分散液の粘度により調整することができるが、分散液とともにアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末が過剰に付着した基体を絞って、分散液とともにアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の一部を基体より除去することにより調整する。すなわち、絞り量を調整することにより分散液とともに除去されるアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の量を調整することができ、絞り工程の後に基体に付着するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の量を自在に調整することができる。
(Drawing process)
The amount of adhesion can be adjusted by the viscosity of the dispersion, but the substrate on which the aluminum powder or aluminum alloy powder is excessively adhered together with the dispersion is squeezed, and a part of the aluminum powder or aluminum alloy powder together with the dispersion is removed from the substrate. Adjust by removing. That is, the amount of aluminum powder or aluminum alloy powder removed together with the dispersion can be adjusted by adjusting the squeezing amount, and the amount of aluminum powder or aluminum alloy powder adhering to the substrate after the squeezing step can be freely adjusted. can do.

このような絞り工程を簡便に行うにあたり、一対の絞りロールを備えた装置を使用して、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末が分散液とともに付着した基体を、一対の絞りロールの間を通過させることにより分散液とともにアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を基体より除去することができる。この場合、一対のロールの間隔を変えることにより、分散液とともに絞り出されるアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の量を調整することができ、基体に付着するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を調整することができる。すなわち、ロールの間隔を広くすることにより絞り量を小さくして、基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の量を多くすることができ、逆に、ロールの間隔を狭くすることにより、絞り量を大きくして、基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の量を少なくすることができる。さらに、ロールを備えた装置を使用することにより、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を基体へ均一に塗布することが可能となる。   In order to carry out such a squeezing process simply, by using an apparatus equipped with a pair of squeezing rolls, a substrate on which aluminum powder or aluminum alloy powder adheres together with the dispersion is passed between the pair of squeezing rolls. The aluminum powder or aluminum alloy powder can be removed from the substrate together with the dispersion. In this case, the amount of aluminum powder or aluminum alloy powder squeezed together with the dispersion can be adjusted by changing the distance between the pair of rolls, and the aluminum powder or aluminum alloy powder adhering to the substrate can be adjusted. . In other words, the amount of aluminum powder or aluminum alloy powder adhering to the surface of the resin skeleton of the substrate can be increased by increasing the distance between the rolls to reduce the amount of drawing, and conversely, the distance between the rolls is decreased. As a result, the amount of drawing can be increased, and the amount of aluminum powder or aluminum alloy powder adhering to the surface of the resin skeleton of the substrate can be reduced. Furthermore, it becomes possible to apply | coat aluminum powder or aluminum alloy powder uniformly to a base | substrate by using the apparatus provided with the roll.

(乾燥工程)
上記の付着工程により得られる基体、または付着工程の後絞り工程により得られる基体は、分散液を含むものであり、加熱工程に先立ち、予め加熱乾燥させて分散媒を除去することが好ましい。乾燥工程を経ずに、分散液を含む基体をそのまま次の加熱工程に供してもよいが、その場合、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の融点以上に加熱されることとなる。この場合、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の融点までの昇温過程で分散媒が揮発または蒸発することとなり、炉内の雰囲気を汚染する虞がある。したがって、このような分散液を含む基体をそのまま次の加熱工程に供する場合、揮発または蒸発した分散媒が速やかに炉外に排出されるよう措置を講ずる必要がある。逆に云えば、このような措置が施された加熱装置を用いるなら、分散液を含む基体をそのまま次の加熱工程に供してもかまわない。
(Drying process)
The substrate obtained by the attaching step or the substrate obtained by the post-drawing step of the attaching step contains a dispersion, and it is preferable to remove the dispersion medium by heating and drying in advance prior to the heating step. The substrate containing the dispersion liquid may be directly subjected to the next heating step without passing through the drying step. In this case, the substrate is heated to the melting point of the aluminum powder or the aluminum alloy powder. In this case, the dispersion medium volatilizes or evaporates in the process of raising the temperature to the melting point of the aluminum powder or aluminum alloy powder, which may contaminate the atmosphere in the furnace. Therefore, when the substrate containing such a dispersion is directly subjected to the next heating step, it is necessary to take measures so that the volatilized or evaporated dispersion medium is quickly discharged out of the furnace. In other words, if a heating device with such measures is used, the substrate containing the dispersion may be directly used in the next heating step.

(加熱工程)
上記のようにして、骨格表面にアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量を調整して付着させた連通孔発泡樹脂フォーム(基体)は、非酸化性雰囲気中で、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の融点以上に加熱される。この融点までの昇温過程で結着剤成分および樹脂製の連通孔発泡樹脂フォームは分解し除去されて消失する。
(Heating process)
As described above, the continuous-hole foamed resin foam (substrate) adhered to the surface of the skeleton by adjusting the adhesion amount of the aluminum powder or aluminum alloy powder is the melting point of the aluminum powder or aluminum alloy powder in a non-oxidizing atmosphere. It is heated above. In the process of raising the temperature up to this melting point, the binder component and the resin-made communicating hole foamed resin foam are decomposed and removed to disappear.

加熱温度がアルミニウム(融点:660.4℃)もしくはアルミニウム合金の融点を超えると、アルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末が内部で溶融する。すなわち、アルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の表面は酸化被膜(アルミナ:Al23)で覆われており、アルミナの融点は2072℃と高いためアルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の表面の酸化被膜が溶融せず、これらの粉末の内部が溶融する。このようにして内部で溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金は、粉末の表面の酸化被膜を破って粉末表面に濡れて覆うとともに、溶融アルミニウムまたはアルミニウム合金は混ざり合う。粉末表面に形成されていた酸化被膜は、各粉末から発生した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金中に分散する。この酸化被膜が代用骨格となり、骨格の形状を維持するとともに、互いに結合した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金の表面張力により骨格表面は比較的滑らかとなりネック部が消失して連続する金属表面となる。この結果、三次元網目状構造体の骨格内部の密度比は90%以上となり、骨格の強度が高く、かつ熱伝導率も高いものとなる。 When the heating temperature exceeds the melting point of aluminum (melting point: 660.4 ° C.) or aluminum alloy, the aluminum powder or aluminum alloy powder melts inside. That is, the surface of the aluminum powder or aluminum alloy powder is covered with an oxide film (alumina: Al 2 O 3 ), and the melting point of alumina is as high as 2072 ° C., so the oxide film on the surface of the aluminum powder or aluminum alloy powder melts. The inside of these powders melts. The aluminum or aluminum alloy thus melted inside breaks the oxide film on the surface of the powder and wets and covers the powder surface, and the molten aluminum or aluminum alloy is mixed. The oxide film formed on the powder surface is dispersed in molten aluminum or molten aluminum alloy generated from each powder. The oxide film serves as a substitute skeleton, maintains the shape of the skeleton, and the surface tension of molten aluminum or molten aluminum alloy bonded to each other makes the skeleton surface relatively smooth and the neck portion disappears to become a continuous metal surface. As a result, the density ratio inside the skeleton of the three-dimensional network structure is 90% or more, and the strength of the skeleton is high and the thermal conductivity is high.

一方、加熱温度がアルミニウム若しくはアルミニウム合金の融点未満の場合には、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の表面に形成された強固な酸化被膜がバリヤとなって、アルミニウム粉末どうし、またはアルミニウム合金粉末どうしの拡散による接合を阻害して焼結が進行しない。   On the other hand, when the heating temperature is lower than the melting point of aluminum or aluminum alloy, a strong oxide film formed on the surface of aluminum powder or aluminum alloy powder becomes a barrier, and diffusion between aluminum powders or aluminum alloy powders Sintering does not proceed due to hindering the joining.

加熱工程における雰囲気が大気等の酸化性の雰囲気であると、粉末表面の酸化被膜を破って露出した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が直ちに酸化され、粉末表面に濡れて覆ったり各粉末から発生した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が混ざり合うことが阻止され、粉末どうしの結合が阻害される。このため、加熱工程における雰囲気は窒素ガス、不活性ガス等の非酸化性の雰囲気とすることが望ましい。なお、上記の加熱工程は、アルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の表面の酸化被膜を除去することは目的ではないため、水素ガスもしくは水素混合ガス等の還元性の雰囲気である必要はないが、還元性の雰囲気は非酸化性の雰囲気であるため、還元性の雰囲気としてもよい。また、圧力が10-3Pa以下の減圧雰囲気(真空雰囲気)としてもよい。 When the atmosphere in the heating process is an oxidizing atmosphere such as air, the molten aluminum or molten aluminum alloy exposed by breaking the oxide film on the powder surface is immediately oxidized, and the molten surface generated by wetting or covering the powder surface. Mixing of aluminum or molten aluminum alloy is prevented, and bonding between the powders is hindered. For this reason, it is desirable that the atmosphere in the heating step be a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen gas or inert gas. The above heating step is not intended to remove the oxide film on the surface of the aluminum powder or aluminum alloy powder, so it is not necessary to be in a reducing atmosphere such as hydrogen gas or a hydrogen mixed gas. Since this atmosphere is a non-oxidizing atmosphere, it may be a reducing atmosphere. Moreover, it is good also as a pressure-reduced atmosphere (vacuum atmosphere) whose pressure is 10 < -3 > Pa or less.

なお、加熱温度は連通孔発泡樹脂フォームに付着させたアルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の融点を超える温度であれば粉末を溶融できるが、融点を大きく超える温度で加熱するとその分余分なエネルギーが必要となるとともに、溶融したアルミニウムもしくはアルミニウム合金の粘度が低下して型崩れが生じ易くなる。また、溶融アルミニウムもしくは溶融アルミニウム合金が凝集し、金属塊が生じ易くなる。よって、加熱温度は融点+100℃までとすることが好ましい。   In addition, the powder can be melted if the heating temperature exceeds the melting point of the aluminum powder or aluminum alloy powder adhered to the continuous pore foamed resin foam. However, heating at a temperature greatly exceeding the melting point requires extra energy. At the same time, the viscosity of the molten aluminum or aluminum alloy is lowered, and the mold tends to be deformed. Moreover, molten aluminum or a molten aluminum alloy is aggregated and a metal lump is easily generated. Therefore, the heating temperature is preferably up to the melting point + 100 ° C.

なお、純アルミニウム粉末を用いた場合、得られるアルミニウム系多孔質体は、Al:95質量%以上で残部がC、N、O等の不純物からなり、他の金属元素を含まないものとなる。   When pure aluminum powder is used, the obtained aluminum-based porous body is Al: 95% by mass or more and the balance is made of impurities such as C, N, O, etc., and does not contain other metal elements.

また、アルミニウム合金によりアルミニウム系多孔質体を構成する場合において、原料粉末としてAlと共晶液相を発生する成分(Cu、Mg等)を単味粉末あるいはアルミニウム合金粉末として、アルミニウム粉末に添加したアルミニウム系混合粉末を用い、三次元網目状構造を有する樹脂製の基体の表面にアルミニウム系混合粉末を付着させ、共晶液相が発生する温度で焼結を行う方法が考えられるが、この方法では、アルミニウム系多孔質体中の成分元素の分布が不均一となる。これに対して、上述のように予め成分元素をAl中に合金化させたアルミニウム予合金粉末を用いることにより、アルミニウム系多孔質体中の成分元素の分布が均一となり、高い強度および熱伝導率を得ることができる。   In addition, when an aluminum-based porous body is composed of an aluminum alloy, components (Cu, Mg, etc.) that generate a eutectic liquid phase with Al are added to the aluminum powder as a simple powder or an aluminum alloy powder. A method of using an aluminum-based mixed powder, attaching the aluminum-based mixed powder to the surface of a resin substrate having a three-dimensional network structure, and sintering at a temperature at which a eutectic liquid phase is generated can be considered. Then, the distribution of the component elements in the aluminum-based porous body is not uniform. On the other hand, by using the aluminum prealloy powder in which the component elements are prealloyed in Al as described above, the distribution of the component elements in the aluminum-based porous body becomes uniform, and high strength and thermal conductivity are obtained. Can be obtained.

上記のようにして製造されたアルミニウム多孔質体は、骨格表面にアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を付着させた連通孔発泡樹脂フォーム(基体)を用いて融点以上に加熱して製造するに際して、基体へのアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量を調整して余剰のアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を除去したことから、骨格上に形成される金属塊の大きさが長径で4mm以下となり、圧力損失の小さいアルミニウム多孔質体となる。   When the porous aluminum body produced as described above is produced by heating to a melting point or higher using a continuous pore foamed resin foam (substrate) in which aluminum powder or aluminum alloy powder is adhered to the surface of the skeleton, The excess aluminum powder or aluminum alloy powder was removed by adjusting the adhesion amount of aluminum powder or aluminum alloy powder, so that the size of the metal lump formed on the skeleton became 4 mm or less in the major axis, and the pressure loss was small It becomes an aluminum porous body.

[第1実施例]
三次元網目状構造を有する樹脂製の基体として、縦100mm、横100mm、厚さ25mmのポリウレタンフォームを用意した。このポリウレタンフォームは、気孔率(全体の体積に対する連通孔の体積の割合)が95%であり、連通孔の大きさは20ppiであった。
[First embodiment]
A polyurethane foam having a length of 100 mm, a width of 100 mm, and a thickness of 25 mm was prepared as a resin base having a three-dimensional network structure. This polyurethane foam had a porosity (ratio of the volume of communication holes to the total volume) of 95%, and the size of the communication holes was 20 ppi.

次いで分散媒を作製した。有機高分子結合剤としてポリビニルアルコール(和光純薬工業)、無機塩としてりん酸ナトリウム(和光純薬工業)を使用した。純水にりん酸ナトリウムを溶解し、水酸化ナトリウム(和光純薬工業)を添加してpHを6.8とした。りん酸ナトリウムの濃度が分散媒に対し0.5質量%となるよう分散媒へ添加した。比較例として、りん酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムを加えない分散媒も用意した。平均粒径6μmのアルミニウム粉末を用意した分散媒にそれぞれ混合し、アルミニウム粉末:分散媒の質量比が、5:3のアルミニウム粉末分散液を作製した。   Next, a dispersion medium was prepared. Polyvinyl alcohol (Wako Pure Chemical Industries) was used as the organic polymer binder, and sodium phosphate (Wako Pure Chemical Industries) was used as the inorganic salt. Sodium phosphate was dissolved in pure water, and sodium hydroxide (Wako Pure Chemical Industries) was added to adjust the pH to 6.8. It added to the dispersion medium so that the density | concentration of sodium phosphate might be 0.5 mass% with respect to a dispersion medium. As a comparative example, a dispersion medium to which sodium phosphate and sodium hydroxide were not added was also prepared. Aluminum powder having an average particle diameter of 6 μm was mixed with the prepared dispersion medium to prepare an aluminum powder dispersion having an aluminum powder: dispersion medium mass ratio of 5: 3.

作製したアルミニウム粉末分散液中に、用意した基体を浸漬し、一対の絞りロールを備えた装置を使用し、基体に含浸された過剰な分散液を除去した。この際、基体の体積1Lうに対するアルミニウム粉末の付着量を17.8〜70.6g/Lの範囲で変えた6種の基体を作製した。   The prepared substrate was immersed in the prepared aluminum powder dispersion, and the excess dispersion impregnated in the substrate was removed using an apparatus equipped with a pair of squeezing rolls. At this time, six types of substrates were produced in which the amount of aluminum powder adhered to a 1 L volume of the substrate was changed in the range of 17.8 to 70.6 g / L.

付着量は、それぞれ分散液を付着する前の樹脂骨格の質量を測定するとともに、ロールによる絞り工程後の質量を測定し、基体に付着した分散液の質量を求め、分散媒とアルミニウム粉末の比重から、樹脂骨格に付着したアルミニウム粉末の質量を算出し、体積1Lに付着したアルミニウム粉末の付着量を算出して求めた。   The adhesion amount is determined by measuring the mass of the resin skeleton before adhering the dispersion liquid, measuring the mass after the squeezing step with a roll, and determining the mass of the dispersion liquid adhering to the substrate, and calculating the specific gravity of the dispersion medium and the aluminum powder. From this, the mass of the aluminum powder adhering to the resin skeleton was calculated, and the amount of the aluminum powder adhering to the volume of 1 L was calculated.

ロール通過後の基体を、80℃にて60分乾燥し、次いで、圧力が10-3Paの減圧雰囲気(真空雰囲気)の下、665℃にて210分間加熱し、アルミニウム多孔質体試料を作製した。 The substrate after passing through the roll was dried at 80 ° C. for 60 minutes, and then heated at 665 ° C. for 210 minutes under a reduced pressure atmosphere (vacuum atmosphere) with a pressure of 10 −3 Pa to produce a porous aluminum sample. did.

上記のようにして作製したアルミニウム多孔質体試料について、気孔率を算出し、外表面に生成した金属塊の個数を、目視で数えた。   The porosity of the aluminum porous body sample produced as described above was calculated, and the number of metal lumps produced on the outer surface was counted visually.

また、これらの試料について圧力損失を測定した。圧力損失は、一定の風量を送風できる風洞の出口に断面が縦50mm、横50mmであり、長さ300mmのアクリル製の筒を取り付け、このアクリル製の筒の風洞側とは反対側に縦50mm、横50mm、および厚さ10mmの大きさに切断加工したアルミニウム多孔質体試料を取り付けた装置に、風洞から一定の風量(面風速1m/s)の風を送風し、アルミニウム系多孔質体端面(風洞側および反対側)の圧力を測定することにより算出した。   Moreover, the pressure loss was measured about these samples. The pressure loss is 50 mm in length and 50 mm in width at the exit of the wind tunnel that can blow a constant air volume, and an acrylic tube with a length of 300 mm is attached, and 50 mm in length on the side opposite to the wind tunnel side of this acrylic tube. A device having an aluminum porous body sample cut to a size of 50 mm in width and 10 mm in thickness attached thereto is blown with a constant amount of air (surface velocity 1 m / s) from the wind tunnel, and the end face of the aluminum-based porous body It was calculated by measuring the pressure on the wind tunnel side and the opposite side.

以上により求めた付着量、気孔率、長径4mmを超える金属塊の個数、長径1〜4mmの金属塊の個数、および圧力損失の結果を表1に示す。なお、表1において、本発明範囲から逸脱する数値について下線で示した。   Table 1 shows the adhesion amount, porosity, number of metal lumps exceeding 4 mm in major axis, number of metal lumps having a major axis of 1 to 4 mm, and pressure loss. In Table 1, numerical values deviating from the scope of the present invention are underlined.

Figure 2017115204
Figure 2017115204

アルミニウム粉末の付着量が20g/Lに満たなかった試料番号1は、粉末同士の接合が弱いため、骨格構造を維持できなかった。   Sample No. 1 in which the adhesion amount of the aluminum powder was less than 20 g / L could not maintain the skeletal structure because the bonding between the powders was weak.

アルミニウム粉末の付着量が20g/L以上、65g/Lである試料番号2〜5は、全て気孔率が95.0%以上となった。これらのうち、無機塩を使用した試料番号2および5は、長径1mm以上の金属塊が生成しなかった。試料番号5の試料の外観を図1(a)に示す。図1(a)は金属塊が認められず、良好な外観を示している。   Sample Nos. 2 to 5 having an adhesion amount of aluminum powder of 20 g / L or more and 65 g / L all had a porosity of 95.0% or more. Among these, Sample Nos. 2 and 5 using an inorganic salt did not produce a metal block having a major axis of 1 mm or more. The appearance of the sample of sample number 5 is shown in FIG. FIG. 1A shows a good appearance with no metal lump.

一方無機塩を使用しなかった試料番号3および4は、金属塊が生成した。試料番号3の試料の外観を図1(b)に示す。図1(b)は試料中に、略球状の固まりが認められる。図1(b)中、実線の丸で囲んだ箇所が4mmを超える金属塊であり、破線の丸で囲んだ箇所が1〜4mmの金属塊である。このように試料番号3の試料は、4mmを超える金属塊が生成していることが認められる。   On the other hand, Sample Nos. 3 and 4 in which no inorganic salt was used produced a metal lump. The appearance of the sample of sample number 3 is shown in FIG. In FIG. 1B, a substantially spherical mass is recognized in the sample. In FIG. 1B, the portion surrounded by a solid circle is a metal lump exceeding 4 mm, and the portion surrounded by a broken circle is a metal lump of 1 to 4 mm. Thus, it is recognized that the sample of sample number 3 has a metal lump exceeding 4 mm.

アルミニウム粉末の付着量が65.0g/Lを超えた試料番号6は、焼結後の気孔率が95.0%未満となり、金属塊が生成した。   Sample No. 6 in which the adhesion amount of the aluminum powder exceeded 65.0 g / L had a porosity after sintering of less than 95.0%, and a metal lump was generated.

圧力損失を比較すると、無機塩を使用した試料番号2および5は、圧力損失が1.0kPa/m未満となった。一方、添加剤を使用していない試料番号3,4の圧力損失は1.0以上となった。以上より、無機塩を添加することにより、均一な骨格構造を有するアルミニウム系多孔質体を得られることが示唆された。   Comparing the pressure loss, Sample Nos. 2 and 5 using inorganic salts had a pressure loss of less than 1.0 kPa / m. On the other hand, the pressure loss of Sample Nos. 3 and 4 in which no additive was used was 1.0 or more. From the above, it was suggested that an aluminum-based porous body having a uniform skeleton structure can be obtained by adding an inorganic salt.

[第2実施例]
次に、無機塩の種類がアルミニウム多孔質体に与える影響を調査した。検討した無機塩を表2に示す。アンモニウム塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩などの中から水溶性に優れるナトリウム塩で検討した。これらの塩を、それぞれ純水に溶解し、水酸化ナトリウムを添加してpHを6〜8とした。
[Second Embodiment]
Next, the influence of the kind of inorganic salt on the aluminum porous body was investigated. The examined inorganic salts are shown in Table 2. A sodium salt having excellent water solubility was examined among ammonium salts, alkali metal salts, alkaline earth metal salts, and the like. Each of these salts was dissolved in pure water, and sodium hydroxide was added to adjust the pH to 6-8.

Figure 2017115204
Figure 2017115204

硫酸塩、クロム酸塩、りん酸塩のいずれも金属塊を生成することなくアルミニウム多孔質体を製造できることができるが、硫酸塩は塗布工程から乾燥工程までの間に腐食が生じやすく、製造上問題があることが分かった。クロム酸塩とりん酸塩で外観上の明らかな差は生じなかったが、原料試薬であるクロム酸塩(二クロム酸ナトリウム)が劇物であることを考慮すると、りん酸塩を用いた方環境面で好適と言える。またいずれの無機塩を使用するにしても添加量が多くなるにつれて、やや粉落ちが多くなる傾向にあったが、ポーラス構造を損なうレベルではなく、実使用上問題ないと判断した。   Any of sulfate, chromate, and phosphate can produce porous aluminum without forming a metal lump, but sulfate is prone to corrosion from the coating process to the drying process. I found out there was a problem. There was no apparent difference in appearance between chromate and phosphate, but considering that the raw material chromate (sodium dichromate) is a deleterious substance, those using phosphate It can be said that it is preferable in terms of the environment. Moreover, although any inorganic salt was used, the amount of powder falling tended to increase somewhat as the amount added increased. However, this was not a level that impairs the porous structure, and it was determined that there was no problem in practical use.

本発明のアルミニウム系多孔質体は、略球状の金属塊が少なく、圧力損失が低いことから、各種多孔質部材に用いて好適である。   The aluminum-based porous body of the present invention is suitable for use in various porous members because it has few spherical metal blocks and low pressure loss.

Claims (4)

三次元状に連結する骨格を有するとともに前記骨格により三次元状に連通する気孔を有し、前記骨格が、酸化アルミニウムが内部に分散した アルミニウムもしくはアルミニウム合金から成る三次元網目状構造体において、
前記骨格上に形成される金属塊の大きさが、長径4mm以下であって、かつ
気孔率が95%以上であるアルミニウム系多孔質体。
In a three-dimensional network structure having a skeleton that is three-dimensionally connected and having pores that are three-dimensionally communicated by the skeleton, the skeleton being made of aluminum or an aluminum alloy in which aluminum oxide is dispersed.
An aluminum-based porous body in which a metal lump formed on the skeleton has a major axis of 4 mm or less and a porosity of 95% or more.
長径1mm以上4mm以下の金属塊の個数が、前記アルミニウム系多孔質体の表面100cm2あたり5個以下である請求項1に記載のアルミニウム系多孔質体。 The aluminum-based porous body according to claim 1, wherein the number of metal lumps having a major axis of 1 mm or more and 4 mm or less is 5 or less per 100 cm 2 of the surface of the aluminum-based porous body. 連通孔発泡樹脂フォームを基体とし、有機高分子結合剤および無機塩を添加した分散媒中にアルミニウムまたはアルミニウム合金粉末を分散させた分散液を前記基体に浸漬して塗布する塗布工程、余剰に塗布した分散液を除去する絞り工程、
塗布後の基体をアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の融点以上に加熱して、基体を分解除去するとともにアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を溶融する加熱工程を有し、
前記加熱工程において用いる塗布後の基体として、発泡樹脂フォームの見掛け体積1L(1000cm3)に対するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末液の付着量を20g/L以上、65g/L以下とした基体を用いるアルミニウム系多孔質体の製造方法。
An application process in which a dispersion liquid in which aluminum or aluminum alloy powder is dispersed in a dispersion medium to which an organic polymer binder and an inorganic salt are added is immersed in and applied to the base using a continuous pore foamed resin foam as a base, is applied excessively Squeezing process to remove the dispersed liquid,
Heating the substrate after coating to the melting point of the aluminum powder or aluminum alloy powder to decompose and remove the substrate and melting the aluminum powder or aluminum alloy powder;
Aluminum base using a base body in which the adhesion amount of aluminum powder or aluminum alloy powder liquid to an apparent volume of 1 L (1000 cm 3 ) of the foamed resin foam is 20 g / L or more and 65 g / L or less is used as the base after coating used in the heating step. A method for producing a porous body.
塗布工程により得られた塗布後の基体の発泡樹脂フォームの見掛け体積1Lに対するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量を20g/L以上、65g/L以下とする絞り工程を有し、絞り工程を経た塗布後の基体を用いて前記加熱工程を行う請求項3に記載のアルミニウム系多孔質体の製造方法。   The squeezing step was carried out so that the adhesion amount of the aluminum powder or aluminum alloy powder to the apparent volume of 1 L of the foamed resin foam of the base after coating obtained by the coating step was 20 g / L or more and 65 g / L or less. The manufacturing method of the aluminum-type porous body of Claim 3 which performs the said heating process using the base | substrate after application | coating.
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